(57)【要約】【課題】  プラズマリアクターでのエネルギー効率を向上させるプラズマリアクター用電源回路、及びプラズマリアクター用電源制御方法を提供する。【解決手段】  本発明のプラズマリアクター用電源回路１０は、プラズマリアクターに供給される電圧及び電流を測定する電圧測定部１４及び電流測定部１６、測定された電圧及び電流値からプラズマリアクターへの投入電力量を算出し、この投入電力量に基づいて、プラズマリアクターで必要とされる要求電力量が前記プラズマリアクターに供給されるように、前記高電圧電源をフィードバック制御する制御手段１８を有する。また本発明のプラズマリアクター電源制御方法は、測定された電圧値及び電流値からプラズマリアクターへの投入電力量を算出し、算出された投入電力量に基づいて、要求電力量がプラズマリアクターに供給されるように、高電圧電源をフィードバック制御することを含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマリアクターにかかる電圧を測定する電圧測定部、
前記プラズマリアクターに流れる電流を測定する電流測定部、
前記電圧測定部及び電流測定部で測定された電圧及び電流値からプラズマリアクターへの実際の投入電力量を算出し、この投入電力量に基づいて、プラズマリアクターで必要とされる要求電力量が高電圧電源によって前記プラズマリアクターに給電されるように、前記高電圧電源をフィードバック制御する制御手段、
を有する、プラズマリアクター用電源回路。
【請求項２】
前記プラズマリアクターが排気浄化用プラズマリアクターである、請求項１に記載のプラズマリアクター用電源回路。
【請求項３】
前記要求電力量が、前記プラズマリアクターを流通する排気の流量に基づいて決定される、請求項２に記載のプラズマリアクター用電源回路。
【請求項４】
前記要求電力量が、前記プラズマリアクターを流通する排気の流量に基づいて、所望の排気浄化率が達成されるように決定される、請求項３に記載のプラズマリアクター用電源回路。
【請求項５】
前記プラズマリアクターの中、排気流れ上流側、及び／又は排気流れ下流側に、排気浄化触媒が配置されており、且つ前記要求電力量が、前記排気浄化触媒の暖機状態に基づいて決定される、請求項２〜４のいずれかに記載のプラズマリアクター用電源回路。
【請求項６】
前記電流測定部が、給電用の主路に配置されたシャント抵抗及び分路に配置された電圧計を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマリアクター用電源回路。
【請求項７】
前記電流測定部が、分路に配置されたオペアンプを更に有する、請求項６に記載のプラズマリアクター用電源回路。
【請求項８】
プラズマリアクターで必要とされる要求電力量を決定すること、
高電圧電源によって前記プラズマリアクターに実際に供給される電圧値及び電流値を測定すること、
測定された電圧値及び電流値からプラズマリアクターへの実際の投入電力量を算出すること、並びに
算出された前記投入電力量に基づいて、前記要求電力量が前記プラズマリアクターに給電されるように、前記高電圧電源をフィードバック制御すること、
を含む、プラズマリアクター用電源の制御方法。
【請求項９】
前記プラズマリアクターが排気浄化用プラズマリアクターであり、且つ前記プラズマリアクターを流通する排気の流量に基づいて前記要求電力量を決定する、請求項８に記載のプラズマリアクター用電源の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマリアクター、特に内燃機関等からの排気を浄化するプラズマリアクターのための電源回路、及びプラズマリアクター用電源の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在では、自動車の排気浄化、ゴミ焼却プラントの排気浄化、並びに殺菌及び脱臭用オゾン発生等のために、プラズマを利用した様々な浄化システムが提案されている。特に自動車の排気浄化の分野では、プラズマを排気浄化触媒と組み合わせて使用して、ＮＯx、ＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素成分）及びＰＭ（パティキュレート）を浄化することが知られている。
【０００３】
自動車のような移動媒体でプラズマリアクターを使用する場合、プラズマリアクター自体の性能も重要であるが、どのような電源装置を用いて給電を行うかが信頼性及びエネルギー効率の観点から重要になってくる。従って従来から、プラズマリアクターへの給電のための様々な様式及び電源回路が提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１では車両走行用動力源としてのエンジンによって、制御用低電圧電力と、プラズマリアクター用高電圧電力とをそれぞれ発生させている。特許文献２では、プラズマリアクターに供給される電圧又は電流の波形の変化に基づいて、プラズマリアクターの異常を判定する方法を提案している。
【０００５】
このようなパルス電源を自動車の排気浄化のためのプラズマリアクターと組み合わせて使用する場合、例えば特許文献１でも示されるように、排気浄化触媒及び／又はエンジンの暖機状態に応じて、給電を断続させ及び／又は調節することが知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２５３０１４号公報
【特許文献２】特開２００１−３１４７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来公知のパルス電源を自動車の排気浄化のためのプラズマリアクターと組み合わせて使用する場合、例えば特許文献１でも示されるように、排気浄化触媒及び／又はエンジンの暖機状態に応じて、給電を断続させ及び／又は調節（例えばパルスの繰り返し周波数を増減させること、及び／又はそれぞれのパルスの出力を増減させることによって）することが知られている。
【０００８】
排気浄化触媒及び／又はエンジンの暖機状態に応じてプラズマリアクターへの給電を高精度で調節する場合、プラズマの発生状態を知る必要がある。しかしながら、プラズマの発生状態は、排気の流量及び／又は組成、プラズマリアクターの劣化状態、暖機の程度によっても変化することが考えられ、直接に知ることが困難である。
【０００９】
そこで本発明では、プラズマリアクターへの投入電力を制御する電源回路及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のプラズマリアクター用電源回路は、プラズマリアクターにかかる電圧を測定する電圧測定部、プラズマリアクターに流れる電流を測定する電流測定部、電圧測定部及び電流測定部で測定された電圧及び電流値からプラズマリアクターへの実際の投入電力量を算出し、この投入電力量に基づいて、プラズマリアクターで必要とされる要求電力量が高電圧電源によってプラズマリアクターに給電されるように、高電圧電源をフィードバック制御する制御手段を有する。
【００１１】
本発明のプラズマリアクター用電源回路によれば、実際にプラズマリアクターに投入される投入電力に基づいて、高精度な投入電力制御を達成できる。
【００１２】
本発明のプラズマリアクター用電源回路では、プラズマリアクターは排気浄化用プラズマリアクターでよい。
【００１３】
この排気浄化用プラズマリアクターの例としては、ゴミ処理プラントからの排気、自動車用エンジンのような内燃機関からの排気を処理するためのプラズマリアクターを挙げることができる。
【００１４】
本発明のプラズマリアクター用電源回路では、要求電力量は、プラズマリアクターを流通する排気の流量に基づいて、特に所望の排気浄化率、例えばＨＣ、ＮＯx及びＣＯのうちの１又は複数に関して、少なくとも５０％、７０％又は９０％といった浄化率が達成されるようにして、決定することができる。
【００１５】
これによれば、排気の流量が多いとき、すなわち排気を処理するプラズマリアクター内での排気の滞留時間が短いときに単位時間当たりの投入電力を多くし、反対に排気の流量が少ないとき、すなわちプラズマリアクター内での排気の滞留時間が長いときに単位時間当たりの投入電力を少なくして、エネルギー効率の向上に貢献できる。尚、例えばプラズマリアクターが自動車の排気浄化用プラズマリアクターである場合、この排気の流量はエンジン回転数等から決定できる。
【００１６】
本発明のプラズマリアクター用電源回路では、プラズマリアクターの中、排気流れ上流側、及び／又は排気流れ下流側に、排気浄化触媒が配置されており、要求電力量が、排気浄化触媒の暖機状態に基づいて決定されることができる。
【００１７】
これによれば、排気浄化触媒の暖機が充分でなく、触媒による排気の浄化が不充分な場合に、プラズマリアクターに給電し又はプラズマリアクターへの投入電力を多くして、排気浄化触媒による排気浄化を補助できる。
【００１８】
本発明のプラズマリアクター用電源回路では、電流測定部が、給電用の主路に配置されたシャント抵抗及び分路に配置された電圧計を有することができる。
【００１９】
これによれば、プラズマリアクターに流通する電流量の高精度の検出、特に立ち上がり時間が早い短パルス電流、例えばナノセカンドオーダのパルス電流の高精度の検出に有益である。
【００２０】
本発明のプラズマリアクター用電源回路では、電流測定部が、分路に配置されたオペアンプ、及び好ましくはオペアンプの入力側に接続されたサージクランパを更に有することができる。
【００２１】
これによれば、オペアンプの使用によって電圧計で測定される電圧値を増幅できるので、シャント抵抗の抵抗値を小さくして給電回路に与える影響を小さくできる。またサージクランパの使用によって、例えばプラズマリアクターが火花放電に移行した場合に、電流検出回路に高電圧が侵入して回路を破損させることを防ぐことができる。
【００２２】
本発明のプラズマリアクター用電源の制御方法は、プラズマリアクターで必要とされる要求電力量を決定すること、高電圧電源によってプラズマリアクターに実際に供給される電圧値及び電流値を測定すること、測定された電圧値及び電流値からプラズマリアクターへの実際の投入電力量を算出すること、並びに算出された投入電力量に基づいて、要求電力量がプラズマリアクターに給電されるように、高電圧電源をフィードバック制御することを含む。
【００２３】
本発明のプラズマリアクター用電源の制御方法によれば、実際にプラズマリアクターに投入される投入電力に基づいて、高精度な投入電力制御を達成できる。
【００２４】
本発明のプラズマリアクター用電源の制御方法で排気浄化用プラズマリアクターのための電源を制御する場合、要求電力量は、プラズマリアクターを流通する排気の流量に基づいて、特に所望の排気浄化率が達成されるようにして、決定することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、プラズマリアクターへの高精度の投入電力制御を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下では本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明を構成するプラズマリアクター用電源回路の概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
本発明の実施形態について図１を用いて説明する。
【００２８】
図１で示されるように、２点破線で囲まれている本発明のプラズマリアクター用電源回路１０は、プラズマリアクターＰにかかる電圧を測定する電圧測定部１４、プラズマリアクターに流れる電流を測定する電流測定部１６、高電圧電源１２を制御する制御手段１８を有する。ここで、電圧測定部１４と制御手段１８とは、信号線１５で結ばれており、電流測定部１５と制御手段１８とは、信号線１６で結ばれており、且つ制御手段１８と高電圧電源１２とは、信号線１９で結ばれている。制御手段１８は、電圧測定部１４及び電流測定部１６での測定値から算出されるプラズマリアクターＰへの投入電力量に基づいて、プラズマリアクターＰで必要とされる要求電力量がプラズマリアクターに供給されるように、高電圧電源１２をフィードバック制御する。尚、このプラズマリアクター用電源回路は、寄生インダクタンスが最も小さくなるようにブスバ接続することが好ましい。
【００２９】
図１で示すプラズマリアクター用電源回路１０の使用においては、始めに、プラズマリアクターで処理すべき排気の流量及び／又は組成、プラズマリアクターと組み合わせて使用する排気浄化触媒の暖機状態、又はこれらの組み合わせ等に基づいて、例えば制御手段１２によって、プラズマリアクターＰで必要とされる要求電力量を決定し、高電圧電源１２からこの電力量を供給するようにする。ここで、プラズマリアクターで処理すべき排気の流量に基づいて要求電力量を決定する場合、排気流量及び随意に所望の排気浄化率に基づいて要求電力量を計算することも、予め排気流量−要求電力量のマップを作っておき、これに基づいて要求電力量を決定することもできる。
【００３０】
その後、電圧測定部１４及び電流測定部１６でそれぞれ、プラズマリアクターＰに供給される電圧及び電流を測定し、これらの測定値をそれぞれ信号線１５及び１７で制御手段１８に送り、この制御手段１８でこれらの測定値の積からプラズマリアクターＰに実際に投入されている電力量を算出する。この投入電力の検出は、例えば図７で示すようにして行うことができる。すなわち、プラズマリアクターＰに印加される電圧（ａ）及び電流（ｂ）をゲート信号（ｄ）で定められる間にわたって検知し、これらを乗算及び積分して電力積算値を求め（ｄ）、ピークホールド（ｅ）及びアナログ−デジタル変換（ｆ）を行ってデジタル信号にして、１パルス当たりの電力を制御手段１８に取り込むことができる。
【００３１】
ここで算出された実際の投入電力量と必要とされる要求電力量とを制御手段１８で比較し、プラズマリアクターＰで必要とされる要求電力量がプラズマリアクターに供給されるように、信号線１９を通じて高電圧電源１２をフィードバック制御する。要求電力量をプラズマリアクターに供給するためには、実際の投入電力量と要求電力量との比較に基づいて投入電力量を増減させる以外にも、１パルス当たりの投入電力量とパルス数との積がこの要求電力量になるように高電圧電源を制御することもできる。
【００３２】
以下に、図１に示した本発明のプラズマリアクター用電源回路を構成する各部について更に具体的に説明する。
【００３３】
電流測定部１６は、図２に示すように電力供給回路に直列に接続された電流計２２でよいが、図３〜５で示すような他の様式を用いることもできる。すなわち電流測定部１６は、図３で示すように、２つの抵抗Ｒ1及びＲ2と電流計３２を有する分流回路でよい。この場合には、電流計３２の指示値とこれら２つの抵抗の比（Ｒ2／Ｒ1）との積から電流値を決定できる。
【００３４】
また電流測定部１６は、図４で示すように電力供給用の主路に配置されたシャント抵抗Ｒs及び分路に配置された電圧計４２を有することができる。このように回路で使用する抵抗は低インダクタンスであることが好ましい。この場合には、電圧計４２の指示値をシャント抵抗Ｒsの抵抗値で割って電流値を決定できる。
【００３５】
更に図４でのようにシャント抵抗を用いる場合、図５で示すようにオペアンプ５２を更に分路に配置して、電圧計５４で測定される電圧値を増幅できる。すなわち、シャント抵抗Ｒsの抵抗値を小さくして電力供給回路に与える影響を小さくできる。この場合には、電圧計５４の指示値をシャント抵抗Ｒsの抵抗値で割った値と、オペアンプの電圧増幅率との積から電流値を決定できる。尚、ここでは１つのみのオペアンプを使用しているが、複数のオペアンプを使用すること、例えば２つのオペアンプを使用して電圧を信号レベルまで増幅することができる。また、オペアンプは高速パルス信号を扱うために、広周波数帯域であることが必要である。サージクランパ５６をオペアンプの入力側に接続し、プラズマリアクターが火花放電に移行した場合に電流検出回路に高電圧が侵入して回路を破損させることを防ぐこともできる。
【００３６】
電圧測定部１４としては、任意の電圧計を使用できるが、プラズマリアクターにかかる高電圧、例えば数ｋＶ〜５０ｋＶの電圧を測定できるものでなければならない。
【００３７】
制御手段１８は、高電圧電源１２の制御をするためのだけの電子機器であっても、自動車の場合のＥＣＵ（電子制御ユニット）のように、他の機能も有するものであってもよい。
【００３８】
高電圧電源１２は、パルス状又は定常の直流又は交流電圧を発生させるものでよい。この印加電圧及びパルス周期としては、プラズマを発生させるのに一般的な値を使用でき、例えばパルス電圧数ｋＶ〜５０ｋＶ及びパルス周期数１０Ｈｚ〜２，０００Ｈｚを使用できる。直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を両電極間に印加することができるが、特に直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせることができるために好ましい。直流パルス電圧を用いる場合に、印加電圧、パルス幅、パルス周期は、両電極間にコロナ放電を起こすことができる範囲で任意に選択できる。印加電圧の電圧等については、装置の設計や経済性等からの一定の制約を受ける可能性があるが、高電圧かつ短パルス周期の電圧であることがコロナ放電を良好に発生させる点から望ましい。
【００３９】
本発明のプラズマリアクター用電源回路によって給電されるプラズマリアクターＰは、任意のプラズマリアクターでよい。例えばこのプラズマリアクターは特許文献２の図２で示されるような排気浄化用プラズマリアクターでよく、また添付の図６で示すようなものであってもよい。ここで図６の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれプラズマリアクターの側面図及び断面図である。
【００４０】
この図６で示されるプラズマリアクターでは、高電圧電源１２に接続されたメッシュ状電極６２と６４との間に、放電空間６６が存在し、プラズマリアクターで処理される流体がこの放電空間６６を流通するようにされている。
【００４１】
ここでメッシュ状電極６２及び６４は、これら電極間に電圧を印加できる任意の材料で製造できる。その材料としては、導電性の材料や半導体等の材料を使用することができるが、金属材料が好ましい。この金属材料として、具体的にはＣｕ、Ｗ、ステンレス、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｌ等が使用でき、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。
【００４２】
またメッシュ状電極６２及び６４の間の放電空間６６には、セラミックハニカム担体のような絶縁性担体を配置し、この担体上に排気浄化触媒、例えばいわゆる三元触媒、ＮＯx吸蔵還元触媒、又は酸化触媒を担持させることができる。但し、プラズマリアクター内に排気浄化触媒を配置するのに代えて又はこれに加えて、プラズマリアクターの中、排気流れ上流側及び／又は排気流れ下流側に排気浄化触媒を配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明のプラズマリアクター用電源回路の１つの態様を示す回路図である。
【図２】図２は、本発明のプラズマリアクター用電源回路で使用できる電流測定部の１つの態様を示す回路図である。
【図３】図３は、本発明のプラズマリアクター用電源回路で使用できる電流測定部の他の１つの態様を示す回路図である。
【図４】図４は、本発明のプラズマリアクター用電源回路で使用できる電流測定部の他の１つの態様を示す回路図である。
【図５】図５は、本発明のプラズマリアクター用電源回路で使用できる電流測定部の他の１つの態様を示す回路図である。
【図６】図６は、本発明のプラズマリアクター用電源回路で給電を制御できるプラズマリアクターの１つの態様を示す側面図及び断面図である。
【図７】図７は、本発明による投入電力の検出を行うためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１２…高電圧電源
１４…電圧測定部
１５、１７、１９…信号線
１６…電流測定部
１８…制御手段
２２、３２…電流計
４２、５４…電圧計
５２…オペアンプ
５６…サージクランパ
Ｐ…プラズマリアクター
Ｒ1、Ｒ2…分流用抵抗
Ｒs…シャント抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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